NO168290B - Fremgangsmaate for stoeping av baandmateriale - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse angår en fremgangsmåte for støping av båndmateriale, som angitt i ingressen til det ettefølgende krav 1.

Den hurtige størkning av metaller for å danne metallbånd ved hjelp av smeltetrekke-prosessen er beskrevet i mange patenter, såsom US 3 522 836, 3 605 863, 4 479 528 og 4 484 614. Prosessen omfatter generelt tildanning av en menisk av smeltemetall ved utløpet av en traktdyse, og trekking av en kjøleflate gjennom menisken. Smeltet metall kommer derved i berøring med kjøleflaten og størkner på denne for å danne et tynt metallbånd.

Smeltetrekke-prosesser innebærer puddling av en smeltet strøm og aksellererer båndet som formes fra 0 hastighet til spinnehjulets hastighet. Denne aksellerasjon skjer i alt vesentlig under den prosess der båndet trekkes ut av puddel-strømmen. I denne prosess etterlates smeltemetall etterhvert som det formete bånd størkner og tilbaketrekkes etterhvert som det formes. Smeltetrekking ("melt drag") eller smelteekstraksjon er en prosess av dekanteringstypen.

Dynamikken ved dannelse av størknet metall er treg. Størkningen finner sted med en hastighet proporsjonalt med kvadratroten av tiden. Det tar fire ganger så lang tid å doble båndtykkelsen. Prosesser som er avhengig av hurtig roterende sirkulære kjøleflater blir derfor upraktiske for tildanning av tykkere bånd. Under avkjøling vil smeltet metall renne på grunn av gravitasjonskrefter.

Narasimhan (US 4 142 571) viser et apparat for fremstilling av tynt amorft bånd gjennom en tynn slisse-utløpsåpning i en trakt, og avsetning av smeltemetall på et belteformet bevegelig kjølelegeme som beveger seg med en hastighet på fra 100 til 2000 meter pr. minutt. I likhet med andre smeltetrekke-prosesser, inngår dekantering og aksellerasjon av smeiten. Narasimhan fremstiller tynt bånd med en tykkelse fra 0,0508 mm til 0,2032 mm.

Smith US 4 290 476 baserer seg også på dekantering og aksellerasjon av smeiten. Smith viser et apparat for planstrøm-støping av metallbånd. Smiths apparat omfatter en traktdyse med en plan bunnflate som omfatter den fremre kant på en første leppe og sidekanter ved bunnen av leppene. Alle punkter på bunnen av leppene er minst så langt fra kjøleflaten som den første leppe, men ikke lenger fra kjøleflaten enn ca. 1 mm. Kjøleflaten er angitt normalt å bevege seg med en forutbestemt hastighet på minst ca. 200 meter pr. minutt.

Hovedformålet med foreliggende oppfinnelse er å tilveie-bringe en fremgangsmåte av den innledningsvis angitte art, som gjør det mulig å fremstille brede, polykrystallinske metallbånd med en tykkelse større enn den som kan oppnås med bånd fremstilt ifølge teknikkens stilling, og som har mer ensartete overflate-egenskaper. Dette formål oppnås ifølge oppfinnelsen ved de nye og særegne trekk som er angitt i karakteristikken til det etterfølgende krav 1. Fordelaktige utføringsformer av oppfinnelsen fremgår av de øvrige, etterfølgende patentkrav.

I motsetning til dekanteringsprosesser kan oppfinnelsen ansees å tilsvare det å spre tetningsmasse ut av en tube over på en flate som beveger seg med samme hastighet som massen strømmer ut fra tuben. Aksellerasjonselementet er eliminert. Ifølge foreliggende oppfinnelse kleber smeltet metall til og følger med over det faste bånd som dannes ved anlegg mot kjøleflaten. Dekantering er eliminert.

Smeltemetall som avsettes på flate legemer har en inherent tykkelse på grunn av smeltens overflatespenning. Før denne oppfinnelse fantes der ingen økonomiske metoder for direkte-støping av bånd tykkere enn de tape-liknene bånd fremstilt ved smeltetrekke-prosesser, men tynnere enn den inherente normale tykkelse av smeltemetall på grunn av overflatespenning.

Ved å muliggjøre direktestøping av bånd av selektiv tykkelse oppnås umiddelbart besparelser ved eliminering eller minimering av kostbare valse- og glødesykluser.

Oppfinnelsen skal i det følgende forklares nærmere under henvisning til tegningen, hvor: Fig. 1 er et tverrsnitt sett bakfra av trakten på fig. 5. Fig. 2 er et snitt av en trakt, kjøleflate, og avstryker-valse ifølge denne oppfinnelse, med en kanalformet kjøleflate. Fig. 3 er et snitt av en kanalformet kjøleflate ifølge fig. 2 langs linjen BB vist med smeltet metall avsatt fra trakten. Fig. 4 er et snitt av den kanalformete kjøleflate ifølge fig. 2 langs linjen CC vist med smeltet metall flatt avstrøket inn i den kanalformete kjøleflate.

Fig. 5 er et riss av en trakt og kanalformet kjøleflate

med et i tverrsnitt kanalformet rom som stort sett avgrenses av kjøleflaten. Et fast valseapparat er også vist.

Foreliggende oppfinnelse går ut på en fremgangsmåte for støping av metallbånd, nærmere bestemt bånd med en tykkelse på 0,02 - 0,5 tommer (0,0508 - 0,2 03 2 mm) med høye kjølehastigheter.

Foreliggende oppfinnelse tilveiebringer en ny og forbedret fremgangsmåte for materiell støping av bånd, særlig polykrystallin-båndmateriale. Slik fremgangsmåte omfatter tilveiebringelse av en plan kjøleflate som er bevegelig i forhold til en trakt som har en åpning for å motta og holde smeltet metall og har en utløpsåpning gjennom hvilken smeltet metall kan leveres til kjøleflaten. Mellom trakten og kjøleflaten tjener et i tverrsnitt kanalformet rom til å avgrense det støpte smeltemetall i et tidsrom som er tilstrekkelig til at overflatestørkning kan skje slik at smeltemetallet opptar volumet i kanalformen og danner et tynt stangprodukt. Det fulle volum av det i tverrsnitt kanalformete rom avgrenses av trakten og kjøleflaten når trakten beveges i forhold til lengden av kjøleflaten.

Idet det særlig henvises til tegningene, viser fig. 2 og 5 generelt fremgangsmåten ifølge foreliggende oppfinnelse for støping av smeltet metall i et kanalformet rom. Ved å begrense to strømningsretninger for smeiten, er smeltemetallet stort sett avgrenset til et ensartet stangformet volum.

I fig. 5 er trakten 1 vist plassert på en kjøleflate 2. Trakten 1 har en smeltemetall-utløpsåpning 3 gjennom hvilken smeltet metall kommer i berøring med kjøleflaten og fyller et kanalformet rom 4S.

Særlig fig. 2 og 5 viser smeltet metall 5 som strømmer ut gjennom utløpsåpningen 3. Smeltet metall 5A er før avstrykning avrundet på grunn av overflatespenning og vist som utjevnet metall 5B etter avstrykning med kjølevalse 7.

I fig. 1 til 5 er det kanalformete rom 4S beliggende i kjøleflaten. Fig. 5 viser den kanalformete kjøleflate 2 som et av segmenter sammensatt belte. Trakten 1 hviler på flenser 2A.

Foreliggende oppfinnelse tillater en forbedring overfor smeltetrekke-prosessene ved at tykkere og profilerte polykrys-tallinbånd kan støpes.

Det er funnet særlig fordelaktig å anvende en avstryker fortrinnsvis i form av en kjølevalse 7 for umiddelbart å utglatte eller utjevne smeiten i det kanalformete rom. Valsen, som fortrinnsvis hviler og løper på kjøleflatens opphevete sider, fremskynder avkjøling og utligner oversiden med hensyn til polykrystallinitet med polykrystallin-overflaten på den side av smeiten som ligger an mot den plane kjøleflate.

Kjøleflaten kan være en plan eller kanalformet lengde av metall eller den kan være utformet som er belte, f.eks. sammensatt av små kompositt-segmenter. Kopper foretrekkes som kjøleflaten selv om andre varmeledende materialer kan benyttes. Kjøleflaten må være istand til å oppta varmen fra kontakt med smeltet metall. Ved mer kontinuerlige operasjoner kan avkjøling ved ledning forsterkes ved bruk av fluid, nemlig vann, som kjøler gjennom eller til undersiden av kjøleflaten. Avkjølte fluider eller gasser kan også med fordel anvendes. Selvsagt kan slik avkjøling anvendes på alle de her beskrevne kjøleflater innbefattende kjøleutjevneren eller -valsen.

Kjøleflaten beveges i forhold til trakten med en hastighet fortrinnsvis ca. 1 meter/sekund og opptil 2,5 meter pr. sekund. Den ideelle bevegelseshastighet er den hastighet hvormed smeiten forlater trakten.

Denne fremgangsmåten gjør det mulig å fremstille bånd av mindre tykkelse enn den som bestemmes av metallets overflatespenning. Smeltet metall har en inherent tykkelse på grunn av smeltens overflatespenning, men det bånd som dannes fra smeiten ved denne oppfinnelse får et fast lag dannet på undersiden ved berøring med kjøleflaten. Over det faste lag føres et smeltet lag avgårde fuktet til det størknete underlag. Smeltelaget blir umiddelbart varmvalset, egentlig utjevnet slik at det avkjøles, tynt, jevnt og størkner toppflaten. Slik tosidig avkjøling gør det mulig å oppnå et jevnere eller glattere bånd hvis overflater har forholdsvis ensartet mikrostruktur.

Denne varmevalsing muliggjøres fordi støpemetallet har en sterk varmegradient, nærmere bestemt en våt eller smeltet overside-flate, men en størknet underside-flate. Normalt ville varmevalsing av nylig støpt varmt metall ødelegge støpestykket.

Varmvalsing eller bruk av dobbeltvalsesystemer har tidligere vært problematisk og har ikke funnet videre anvendelse innen industrien. Denne fremgangsmåte gjør varmvalsing anvendbar på en enklere, men effektiv måte for å gi et jevnere produkt som har stort sett lik overside og underside.

Ved utøvelse av denne oppfinnelse dannes det kanalformete areal i substratet. Dette kan hensiktsmessig oppnås ved bruk av en i ett stykke utformet kjøleflate med utskåret kanal eller sammensettes av en plan stang pluss kanter, utforinger eller flenser 2A på hver side av kjøleflaten 2 og på hvilke trakten hviler. Fordelaktig kan kjøleflaten være et kopper-segmentbelte med to kopper-utforingsbelter som mellom seg avgrenser en kanalformet kjøleflate. En særlig effektiv måte å plassere utforingsbeltene på er rundt tre ruller utenfor kopper-segment-kjøleflatebeltet. Trakten kan da plasseres hvilende på utforingene, men innenfor den langs omveier forløpende, triangulære bane som utforingsbeltene følger rundt og over trakten. Utforingsbeltene løftes fra kjøleflaten etter bånd-størkning. På denne måte kan kortere utforingsbelter benyttes.

For å endre båndmetalltykkelse kan en utforing eller flens for en forskjellig tykkelse anvendes.

I den foretrukne utføringsform er trakt-utløpsåpningen slik valgt at når smeltemetallet er støpt til et bånd kommer båndkantene egentlig ikke i vesentlig berøring med utforingsmaterialet før etter valsing eller utjevning. Denne fremgangsmåte kan hindre enkelte materialproblemer forbundet med den intense varmeoverføring innbefattende krymping, forvridning og liknende. Enkelt kopper-stroppmateriale kan utformes til et brukbart utforingsbelte.

Utforingsmaterialet holdes fortrinnsvis løst an mot kjøleflaten istedenfor å boltes eller skrues fast til kjølefla-ten. Varmen som opptas fra smeltemetallet har en tendens til å bukle og vri utforingsmaterialet dersom det fastboltes, derfor foretrekkes mindre stiv befestigelse, idet den optimale befestigelsesgrad lett kan bringes på det rene.

Et rundtløpende kanalformet belte foretrekkes som kjøle-flate. Beltet vil bevege seg med mindre enn 2,5 m/sek., fortrinnsvis ca. 1 meter/sekund.

I fig. 5 har traktgulvet en åpning som tjener som en utløpsåpning 3 stort sett sentralt beliggende og mot traktens fremre ende. Utløpsåpningens 3 utstrekning i lengderetningen er tilnærmet den omtrentlige bredde av båndet som skal støpes. Jevn strømning av metall gjennom utløpsåpningen besørges ved å opprettholde en mengde smeltet metall i trakten for å utøve et metallostatisk høydetrykk tilstrekkelig til å bevirke strømning ut av utløpsåpningen 3 når trakten eller kjøleflaten beveges.

Trakten er fordelaktig konstruert av varmeisolerende materiale slik som ildfaste stein. Andre smeltemetall-bestand-dige materialer kan også anvendes innbefattende f.eks. grafitter, karbider såsom silisiumkarbid, alumina, eller zirkoniumoksyd.

Fremgangsmåten ifølge foreliggende oppfinnelse gir et tykkere stangprodukt enn båndene ifølge teknikkens stilling. Dette stangprodukt er polykrystallinsk og kan valses til plateprodukter med mindre valsing og mindre energiforbruk enn de valseoperasjoner som for tiden praktiseres.

Fremgangsmåten for støping av metallbånd av en smelte ifølge denne oppfinnelse omfatter følgende trinn: fremskaffing av en plan kjøleflate, fremskaffing av en trakt som har en åpning for å oppta og holde på smeltet metall og har en utløpsåpning gjennom hvilken smeltemetallet kan leveres til kjøleflaten når trakten beveges i forhold til kjøleflaten, og fremskaffing av et i tverrsnitt kanalformet rom hvis volum avgrenses av kjøleflaten og trakten når den beveger seg i forhold til kjøleflatens lengde. Deretter innføres en mengde smeltet metall i trakten, hvilket smeltemetall har en overflatespenning slik at metallet strømmer fra trakten gjennom utløps-åpningen og inn i det kanalformete rom når trakten beveges i forhold til kjøleflatens lengde. Tilslutt, etter metallinnfø-ring, beveges trakten i forhold til kjøleflaten slik at et tynt stangbånd av metall støpes i volumet i det kanalformete rom.

Ettersom traktens bevegelse er relativ til kjøleflaten,

kan selvsagt enten den ene eller begge beveges for å gi relativ bevegelse. Utjevning av det støpte bånd kan oppnås ved bruk av

en valse som har en kjøleflate. Slik valsing eller utjevning bør utføres ved det punkt der støpesmelten gjennomgår varmekrympning og slipper den underliggende kjøleflate eller beltesubstrat.

Den ovenfor beskrevne fremgangsmåte for støping av båndmateriale kan utøves ved å fremskaffe en kanalformet kjøleflate omfattende en plan lengde av metall som har opphøyde sider som mellom seg avgrenser en kanal. En trakt for å oppta og holde smeltet metall med en utløpsåpning i kan fremskaffes gjennom hvilken smeltet metall kan leveres til kjøleflaten når trakten beveges i forhold til kjøleflaten. Et reservoar av smeltet metall bør foreligge i trakten ved et gass-overtrykk eller en metallostatisk trykkhøyde tilstrekkelig til å bevirke smeltestrømning fra trakten. Minst et kvart pund pr. kvadrat-tomme (0,0175 kg/cm<2>) ved utløpsåpningen innen ett sekund etter at helling påbegynnes vil være tilstrekkelig høydetrykk. Ytterligere smeltemetall bør helles inn i trakten med en tilstrekkelig hastighet til å opprettholde stort sett konstant trykk ved utløpsåpningen under støpeoperasjonen.

Alternativt kan man fremskaffe en kanalformet kjøleflate omfattende en plan lengde av varmeledende materiale fortrinnsvis i belteform med opphøyde sider som mellom seg avgrenser en kanal som f.eks. vist i fig. 5. En trakt for å oppta og holde smeltemetall med en utløpsåpning kan fremskaffes gjennom hvilken smeltemetall kan leveres til kjøleflaten når trakten beveges i forhold til kjøleflaten. Det vil være fordelaktig i tillegg å anordne en utjevningsanordning 7 eller avkjølt valse som hviler og løper på kjøleflatens opphøyde sider og strekker seg over kjøleflatens kanal. En mengde smeltet metall kan så innføres i trakten. Etter metall-innføring kan trakten beveges i forhold til kjøleflaten slik at et tynt bånd av metall, fortrinnsvis 0,0508 - 0,2032 mm tykt, støpes i kanalen til den kanalformete kjøleflate. Det støpte bånd blir deretter valset for derved å utjevne den smeltete overside av metallstøpen i kanalen til den kanalformete kjøleflate.

Claims (9)

1. Fremgangsmåte for støping av båndmateriale, omfattende følgende trinn: a) fremskaffing av en kanalformet kjøleflate (2) som innbefatter en plan lengde av varmeledende materiale med opphøyde sider (2A) som mellom seg avgrenser en kanal, b) fremskaffing av en trakt (1) for å oppta og holde smeltet metall (5), med en utløpsåpning (3) gjennom hvilken smeltet metall kan leveres til kjøleflaten (2), idet både trakten (1) og kjøleflaten (2) er bevegelige i forhold til hverandre, c) fremskaffing av en utglattingsanordning (7), d) innføring av en mengde smeltet metall (5) i trakten (1) . e) fremføring av trakten i forhold til kjøleflaten (2), karakterisert ved at den videre omfatter (f) anbringelse av traktens (1) underside i forbindelse med kjøleflatens (2) opphøyde sider (2A) slik at det mellom dem dannes et rom hvis tverrsnitt avgrenses mellom traktens (1) underside og kjøleflaten (2) slik at dette rom danner et væskelag av ensartet tykkelse av smeltemetallet (5) som leveres gjennom utløpsåpningen (3) etter hvert som trakten (1) beveges i forhold til kjøleflaten (2), g) hvilende anlegging og fremføring av utglattingsanord-ningen (7) på de opphøyde sider av kjøleflaten (2), som strekker seg over kjøleflate-kanalen.

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1, hvor trakten (1) er stasjonær, karakterisert ved at kjøleflaten (2) beveges i forhold til den stasjonære trakt (1).

3. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at det anvendes et belte som kjøleflate (2).

4. Fremgangsmåte ifølge krav 3, karakterisert ved at beltet (2) beveges med en hastighet på ca. 1 meter pr. sekund.

5. Fremgangsmåte ifølge krav 3, karakterisert ved at beltet (2) beveges med en hastighet stort sett lik den hastighet hvormed smeltemetallet (5) forlater trakten.

6. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at smeltemetallet (5) som innføres i trakten innføres i en slik mengde at der ved utløpsåpningen (3) innen ett sekund etter smeltemetall-innføringen utvikles et høydetrykk på minst 0,0175 kg/cm<2>.

7. Fremgangsmåte ifølge krav 6, karakterisert ved at den omfatter det ytterligere trinn å innføre ytterligere smeltemetall i trakten (1) med en hastighet som er tilstrekkelig til å opprettholde et stort sett konstant trykk ved utløpsåpningen (3) under støpeoperasjonen.

8. Fremgangsmåte ifølge krav l, karakterisert ved at glattingen utføres ved bruk av en avkjølt valse (7).

9. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at båndet støpes med en tykkelse fra 0,0508 - 0,2032 mm.